光催化氧化技术是去除工业有机废水中难生物降解污染物的有效方法,具有极大的开发潜力和良好的应用前景。目前,光催化氧化技术存在光催化剂的量子效率低、可见光利用效率低、光稳定性差等问题,严重制约着该技术的实际应用和产业化发展。因此,研究开发高活性、高稳定性和良好循环利用性能的可见光催化剂,是国内外水处理领域的重要前沿课题。本论文选取Zn O、Zn Sn O3、Zn Mo Ox、Bi VO4和Bi OCl光催化剂作为研究对象,分别将其负载在具有独特的电子特性、较大的比表面积、优异的吸附性能和高透光性的石墨烯(graphene,包括还原氧化石墨烯RGO)上,制备了系列具有高效可见光催化活性的锌、铋系/RGO复合型光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线能谱(EDX)、N2吸附、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱、紫外可见漫反射光谱(DRS)、光致发光光谱(PL)、循环伏安法(CV)和电化学交流阻抗(EIS)等手段对复合光催化剂的结晶、形貌、吸附性能、能带结构、化学结构、光化学性质和电子转移特性进行表征。通过对目标污染物甲硝唑(MZ)、罗丹明B(Rh B)或磺胺(SN)模拟废水在可见光或自然太阳光照射下的降解率,评价复合光催化剂的光催化活性。系统研究了特定形貌光催化剂的形成机理、复合光催化剂可见光催化性能提高的机理和污染物的降解机理,揭示了材料的微观结构、能带结构与光催化性能之间的关系,探索了高性能可见光催化材料可控构筑的新途径,为锌、铋系/石墨烯复合可见光催化剂的制备和在难降解有机废水处理中的应用提供了理论依据。主要研究成果如下:(1)采用碳模板辅助法制备了柱状Zn O和Zn Sn O3纳米中空球,将其通过水热法进一步与石墨烯复合,制备出了Zn O/RGO和Zn Sn O3/RGO新型纳米复合光催化剂。研究结果显示:特定形貌的形成源于纳米碳球表面的官能团通过配位或静电作用力聚集大量的Zn2+离子,经煅烧处理使碳球消失所致;Zn O/RGO和Zn Sn O3/RG均具有优异的可见光催化活性,两者对MZ的降解效率均提高了30%左右;新型光催化剂活性的提高与复合RGO导致的高光利用率、高吸附性能和高量子产率有关。(2)利用超声波辅助原位生长技术制备出菱形Zn Mo Ox/RGO新型复合光催化剂。研究发现:Zn Mo Ox为Zn Mo O4和Zn Mo O3的混合晶型,原位生长过程开始于氧化石墨烯(GO)表面的含氧基团与Zn2+离子的充分接触形成的“核心”;复合3 wt%RGO的Zn Mo Ox/RGO催化剂对Rh B的降解率最高,是Zn Mo Ox降解率(28.4%)的3.4倍,且具有较好的光稳定性;Zn Mo Ox/RGO光催化剂活性的提高归因于复合RGO导致的光吸收性能的改善、带隙的窄化和光生电子空穴对的有效分离。此外,研究还表明Zn Mo Ox/RGO具有良好的电容器性能和抑菌性能。(3)提出了一条在低温水热条件下,精细调控合成不同形貌Bi VO4的新途径。研究表明:该催化剂的形貌可通过加入氢氧化钠或氨水的份量来精细调控,不同p H值下Bi VO4的最终形态结构取决于成核作用和晶体生长的竞争,哑铃型Bi VO4层级结构的形成过程符合典型的奥斯特瓦尔德熟化机制;光生h+是Bi VO4降解体系中的主要氧化物种;形貌可控的Bi VO4光催化剂具有优越的自然太阳光光催化活性。催化剂光催化性能的提高与其比表面积和长宽比无关,而与其特定低温水热条件下产生的特定形貌有关。利用水浴还原法制备出了三维针状捆型Bi VO4/RGO新型复合光催化剂,研究发现:复合1wt%RGO的光催化活性最高,对Rh B的降解率为98.5%,比Bi VO4提高了65%,且具有较好的稳定性;Bi VO4/RGO光催化剂活性的提高与比表面积无关,而与光吸收性能的改善和电子空穴复合率的减小有关。(4)利用化学沉淀-水浴复合法制备出了新型Bi OCl/RGO复合光催化剂。研究表明:含有1 wt%RGO的复合光催化剂活性最好,对SN的降解率为82.7%,比Bi OCl提高了30%;该复合催化剂光催化性能的提高与其比表面积和带隙能无关,而与其吸光性能的改善和电子转移能力的提高有关。根据HPLC、IC、FT-IR、1H NMR、13C NMR和MS对磺胺降解产物的检测结果,推测出了SN的降解路径,确定SN的降解产物主要是对氨基苯磺酸。